Laboratorio Reti di Calcolatori
Laurea Triennale in Comunicazione Digitale
Anno Accademico 2013/2014
GraphStream
• Graphstream = libreria Java che gestisce grafi e aspetti dinamici sui
o dei grafi => modellazione di reti di interazione di varia dimensione
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Basato su modello ad eventi
Capacità:
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Grafi diretti, indiretti, multigrafi
Qualsiasi attributo (chiave,valore) su nodi, archi e grafi
Evoluzione nel tempo del grafo => flusso di eventi sul grafo
Algoritmi e misure su grafo
Componenti import/export per supporto di diversi formati
Sito del progetto:
– http://graphstream-project.org
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Download
– http://graphstream-project.org/download/
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Tre package:
– Core: classi base, classi per eventi, user interface minimale (gs-core-X.Y.jar)
– Algo: algoritmi e generatori (gs-algo-X.Y.jar)
– UI: classi per viewer più complessi (gs-ui-X.Y.jar)
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Documentazione
– http://graphstream-project.org/doc/
– API, tutorial …
• Costruzione di un grafo espressa come un modello ad
eventi
– Evento:
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Aggiungo, rimuovo nodi
Aggiungo, rimuovo archi
Aggiungo, rimuovo e aggiorno attributi
Creo degli snapshot temporali
• Il flusso di eventi modifica la struttura del grafo
• Sources, sinks e pipes
Source, Sink e Pipe
• Sources: componenti che generano flussi di eventi
(seguendo meccanismo dei listener)
• Sinks: componenti che ricevono e processano
eventi
• Pipe: componenti che ricevono eventi e ne
producono (grafi sono pipe, filtri)
Interfaccia Graph
• Tutti i grafi implementano l’interfaccia Graph
– AdjacencyListGraph, DefaultGraph, MultiGraph, SingleGraph
Metodi principali
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addEdge/Node
getEdge/Node
getEachEdge/Node
getEdgeIterator/Node
Read/write
removeEdge/Node
setAutoCreate
• SingleGraph: 1-graph orientato o meno, estende AdjacencyListGraph
(liste di adiacenza)
• Come popolare un grafo:
1. A mano: invoco continuamente add, remove, update
2. Produttore di eventi: associo il grafo ad un produttore di eventi (source)
• Posso inserire solo gli archi
– setAutoCreate()
• Ogni inserimento nodo/arco => oggetto
corrispondente implementa interfacce Node e
Edge
• Identificatore nodo e arco = stringa univoca
• Per ottenere riferimento dato identificatore:
– getNode(<stringa identificatore>)
– getEdge(<stringa identificatore>)
• Per iterare sui nodi/archi
– getEachNode(), getNodeSet(), getNodeIterator()
– getEachEdge(), getEdgeSet(), getEdgeIterator()
• File sources permettono di utilizzare un file come sorgente
di eventi
– Intero file
– Step-by-step
• Posso leggere i formati: DGS (GraphStream), DOT
(GraphViz), GML, TLP (Tulip), NET (Pajek), GraphML, GEXF
(Gephi)
• FileSource = interfaccia che modella sorgente di eventi
provenienti da file
– readAll() per leggere il file
– addSink(Sink) per aggiungere una sorgente ad un ascoltatore
• Possibile lasciare a libreria possibilità di associare la giusta
sorgente file
– FileSourceFactory.sourceFor()
File .dgs
• File testuale
– Ogni linea termina con separatore di line \n
– Ogni campo separato da un carattere di spacing
• Header (due linee)
– Versione del formato (DGS003 ultima versione)
– Nome del grafo, #step, #eventi (ultimi due campi solo
indicativi)
• Body
– Sequenza di passi contenente eventi
– Alcuni eventi possono avere parametri (attributi)
specificabili nel formato nome(: o =)valore. Il valore può
essere una stringa , un numero o un vettore (sequenza
separata da , )
• Eventi strutturali: definisce la struttura del grafo =>
si riferisce a nodi ed archi
• Elementi: oggetti che determinano la struttura del
grafo
Tutte interfacce
• Interfaccia Element: metodi per memorizzare e
restituire attributi
• Eventi informativi: dati memorizzati sul grafo.
• Dati associabili con un qualsiasi elemento: grafo,
nodo, arco
• Dati = attributi
– Posso assegnare qualsiasi numero
– Ogni attributo identificato da una chiave
• Gli attributi su ogni elemento del grafo DEVONO essere UNICI
– Attributo: mapping chiave(string)/valore(Object)
• Interfaccia Element: metodi memorizzazione ed
estrazione attributi
• Node/edge ereditarietà
• Metodo più comune per estrazione attributo
Element.getAttrbute(String key)
– Restituisce il valore associato alla chiave o null se non c’è alcun
attributo associato
• Per memorizzare un attributo
void Element.setAttribute(String key, Object … values)
– Lista di argomenti variabile
– Senza valori = l’attributo funge da boolean -> automaticamente
settato a true
boolean Element.hasAttribute(String key)
• Posso estrarre tutti i valori:
Object[] array = Element.getAttribute("a lot")
• Rimuovere attributi
Element.removeAttribute(String key)
• Rimuovere tutti gli attributi in un solo colpo
Element.clearAttributes()
• Per farmi restituire una lista di tutte le chiavi
Element.getEachAttributeKey
Iterator<String> Element.getAttributeKeyIterator()
• Element.getAttribute() non restituisce Object
<T> T getAttribute(String key)
– Stesso tipo del valore dell’attributo
– Cast senza invocare un cast => alleggerisce codice ma l’errore è dietro
l’angolo
• Per assicurarsi che venga restituito un oggetto di una particolare classe
<T> T Element.getAttribute(String key, Class<T> cls)
– Meno errori
• Metodi per tipi di attributo comune
getLabel() -> stringa
getNumber() -> double o NaN
setNullAttributeAreError(boolean)
Visualizzazione
• Molti viewer per GraphStream -> default nel core
(piccolo e stabile)
– Nodi come cerchi con dimensione e colore variabile
– Arci sono segmenti con spessore e colore variabile
– Etichetta assegnabile a nodi e archi
– Sprites
• Viewer più avanzati
– 2D: varie forme elementi, immagini, sfondi, frecce…
– 3D: per grandi grafi
• Viewer 2D configurabili con CSS -> separo grafica
da struttura
• Aggiungere etichetta
Element.addAttribute("ui.label", "A")
• Colori modificabili con fogli di stile => specifico che
appartengono ad una classe
• Aggiungere un foglio di stile
Element.addAttribute("ui.stylesheet", string)
– String può essere le specifica o nome file o URL
• CSS usa selettori per associare una stile ad un
elemento del grafo
– Selettore: node, edge, graph
Lo stile è nella forma <selettore>{} contenente coppie
proprietà:valore;
• Proprietà = parola riservata che indica quale aspetto viene
interessato da cambiamento
Per definire una classe
node {
fill-color: black;
}
node.marked {
fill-color: red;
}
• Di default element non appartengono ad alcuna
classe di stile. Per specificare classe
n.setAttribute("ui.class", "marked");
Algoritmo di Dijkstra
• Calcola il cammino minimo da un nodo verso i
rimanenti => albero dei cammini
• Solo pesi non negativi
• Complessità: O(n logn + m)
• parametro lengthAttribute
• Metodi:
– getPathLength(Node)
– getPathEdges
– getTreeEdges
– getAllPathsIterator
Algoritmo di Johnson
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Calcolo cammino minimo per ogni coppia di nodi
Complessità: O(n^3)
Implementazione con due classi
Posso farmi restituire il path usando classe
ASPSInfo, oggetto memorizzato in ogni nodo.
APSPInfo info =
graph.getNode("F").getAttribute(APSPInfo.ATTRIBUTE_N
AME)
info.getShortestPathTo("A")
Betweenness Centrality
Calcola quanti cammini minimi passano per un nodo
• setWeighted(), setUnweighted(),
setWeightAttributeName(String)
• Complessità: O(mn) nel caso di grafo non pesato
(Algoritmo di Brandes)
Il coltellino svizzero
org.graphstream.algorithm.Toolkit
• degreeDistribution(Graph)
• averageDegree(Graph)
• density(Graph)
• diameter(Graph)
• clusteringCoefficient(Node)
• clusteringCoefficients(Graph)
• averageClusteringCoefficient(Graph)
• randomNode(Graph)
